PT1486572E

PT1486572E - Dispositivo para o endurecimento por indução

Info

Publication number: PT1486572E
Application number: PT03013526T
Authority: PT
Inventors: Andreas Zahn; Kurt Schmerek
Original assignee: Kessler Kg Maschf
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2007-12-31
Also published as: ES2294218T3; BRPI0411417A; EP1486572B1; KR20060024409A; US7501606B2; EP1486572A1; KR101090659B1; JP2007523992A; ATE374840T1; BRPI0411417B1; WO2004111278A1; US20070056959A1; DE50308320D1

Description

Descrição para o endurecimento por indução" A presente invenção refere-se a um dispositivo para o endurecimento de componentes por indução, os quais apresentam uma secção transversal circular, em especial cambotas, com duas metades de concha do indutor proporcionadas ao longo de um troço do perímetro do componente a ser endurecido.

Os dispositivos do tipo genérico são conhecidos da técnica anterior. Por meio destes dispositivos, as cambotas são por exemplo endurecidas na sua camada externa, para ser preciso, por duas metades de concha do indutor colocadas no componente a ser endurecido e o referido componente rodado entre as metades de concha do indutor. É então passada uma corrente através dos segmentos do indutor das metades de concha do indutor, sendo que o componente a ser endurecido é aquecido. Após a têmpera, que, dependendo do material do componente, é executada com uma solução polímera aquosa ou óleo, é então obtida uma dureza específica do componente. Os exemplos para este género de dispositivos poderão ser obtidos da DE 197 52 237 AI e da US-A-3 784 780.

Os conhecidos dispositivos apresentam dois segmentos indutores para cada uma das metades de concha do indutor, resultando em qualquer dos casos num aquecimento sensivelmente congruente, pelas duas metades de concha do indutor, do componente a ser endurecido. Por esta razão, a zona de endurecimento do componente endurecido é muito não homogénea e, tendo em conta a sua forma particular com uma depressão ou "denteado" no centro, é também designada como "osso de cão". Tendo em conta esta forma não homogénea da zona de endurecimento, é muito dificil estabelecer na prática se foi obtida uma profundidade de endurecimento adequada no processo de endurecimento. Embora a profundidade da zona de endurecimento possa ser deduzida num certo grau da largura da mesma, tlís que ser vistas como extremamente criticas quaisquer conclusões mais precisas, tendo em conta a depressão pronunciada no centro da zona de endurecimento. E por isso necessário na prática efectuar cortes através da zona de endurecimento em intervalos de tempo relativamente frequentes para permitir que seja medida a profundidade de endurecimento. Contudo, este procedimento é por um lado muito trabalhoso, conduzindo por outro lado sempre à destruição do componente a ser endurecido. A situação problemática descrita é experimentada de modo desfavorável em particular no caso de cambotas em que os locais de apoio a serem endurecidos apresentam uma dimensão axial muito pequena, tal como é frequentemente o caso com cambotas modernas. É por isso objectivo da presente invenção proporcionar um dispositivo para o endurecimento de componentes por indução que apresentam uma secção transversal circular, em especial cambotas, com o qual pode ser alcançada uma forma mais homogénea da zona de endurecimento, com uma maior segurança do processo,

De acordo com a invenção, este objectivo é alcançado através das características mencionadas na reivindicação 1. 0 facto de, de acordo com a invenção, pelo menos uma das duas metades da concha do indutor apresentar somente um segmento indutor, permite que seja alcançada uma zona de endurecimento muito mais homogénea no componente a ser endurecido, com o qual a depressão no centro pode ser evitado. Esta zona de endurecimento mais homogénea torna possível fechar do espaçamento lateral da zona de endurecimento do bordo do componente, quer dizer da largura da zona de endurecimento, a profundidade da mesma, sendo que podem ser evitados procedimentos de medição trabalhosos.

Uma vantagem adicional é que as tolerâncias que são geralmente recomendadas a clientes para o espaçamento lateral da zona de endurecimento podem ser agora mais bem exploradas, dado que, mesmo com o espaçamento lateral relativamente grande, e consequentemente uma zona de endurecimento relativamente estreita, a profundidade da mesma é adequada ou alcançada de modo seguro, produzindo isto um elevado nível de segurança do processo. Como resultado, o dispositivo de acordo com a invenção pode ser utilizado durante um período maior de tempo e não é mais necessário que os segmentos do indutor através dos quais a corrente flui, e os quais são responsáveis por aquecer o componente, sejam trocados frequentemente devido ao desgaste. As pré-definições e verificações necessárias dos segmentos indutores são correspondentemente reduzidas. Tendo em conta estas reservas no processo, os Intervalos de tempo nos quais as medições são efectuadas nos componentes a serem endurecidos podem vantajosamente também ser aumentados.

Além disso, com o dispositivo de acordo com a invenção, é introduzida uma quantidade definida com relativa precisão no componente, sendo que é possível executar a temperagem do componente que é geralmente necessária após o endurecimento somente a partir aquele calor residual que ainda se encontra no componente. Isto torna possível dispensar fornos de outro modo necessários que se encontram proporcionados a jusante dos dispositivos de endurecimento e nos quais os componentes são temperados. Isto economiza não somente custos de aquisição mas também custos de manutenção e produção e exige adicionalmente uma quantidade menor de espaço.

Ao mesmo tempo, é vantajosamente possível, mesmo para dispositivos de indução já existentes, que os mesmos sejam actualizados com as metades de concha do indutor. Apesar de ser somente um segmento indutor, não é necessário um aumento na potência no que se refere às metades de concha do indutor, podendo em vez disso a potência em alguns casos mesmo ser reduzida tendo em conta uma melhor eficiência que é obtida pelo sistema de acordo com a invenção. Ao encurtar os períodos de aquecimento, pode ser obtida vantajosamente uma redução global nos períodos do ciclo.

Num desenvolvimento muito vantajoso da invenção, pode ser proporcionado que uma das metades de concha do indutor apresente dois segmentos de indutor e que a outra metade de concha do indutor apresente somente um segmento de indutor.

Com um tal sistema, os componentes com uma Largura que não § extremamente pequena, podem ser endurecidos particularmente bem, dado que a metade de concha do indutor que apresenta os dois segmentos do indutor pode ser utilizada para obter uma largura adequada da zona de endurecimento, em que a metade de concha do indutor que apresenta somente um segmento de indutor pode ser utilizada ou proporcionada de modo que seja obtida uma profundidade adequada da zona de endurecimento. É particularmente vantajoso em relação a isto se a metade de concha do indutor que apresenta um só segmento de indutor se encontrar proporcionada deslocada na direcção longitudinal do componente em relação à metade de concha do indutor que apresenta os dois segmentos do indutor de modo a que o segmento de um só indutor esteja localizado centralmente entre os dois segmentos do indutor. A colocação central do segmento de um só indutor em relação aos dois segmentos de indutor proporciona o efeito de, precisamente nesta região em que a profundidade de endurecimento seria de facto menor tendo em conta o espaço intermédio entre os dois segmentos de indutor, ser contudo adequadamente grande, dado que o segmento individual do indutor pode assegurar a profundidade de endurecimento adequada.

Uma vantagem adicional desta configuração é que é muito mais fácil ajustar os segmentos do indutor ou as metades de concha do indutor, dado que a metade de concha do indutor com um único segmento de indutor tem somente que ser colocada centralmente em relação à metade de concha do indutor com os dois segmentos do indutor, sendo possível para a metade de concha do indutor com os dois segmentos do indutor que seja facilmente colocada para acoplamento lateral, podendo, tal como mencionado acima, as tolerâncias laterais ser facilmente mantidas.

No caso de componentes particularmente estreitos ou troços de componentes a serem endurecidos, pode ser vantajoso se as duas metades de concha do indutor apresentarem cada uma somente um segmento do indutor.

Em relação a isto, pode ser propiciado que as duas metades do indutor se encontrem proporcionadas deslocadas em relação uma à outra na direcção longitudinal do componente a ser endurecido.

Esta colocação deslocada dos segmentos do indutor em relação um ao outro permite que a largura da zona de endurecimento seja variada, assegurando contudo a capacidade adequada de verificação da profundidade de endurecimento desde que não seja excedida uma certa largura do componente a ser endurecido.

Os melhoramentos e desenvolvimentos vantajosos adicionais da invenção poderão ser obtidos das restantes reivindicações secundárias e das formas de realização exemplares representadas em principio a seguir com base nos desenhos. As figuras representam:

Figura 1 planta de um dispositivo para o endurecimento por indução de acordo com a invenção;

Figura 2 vista do dispositivo de acordo com a invenção tal como indicado pela seta II da figura 1;

Figura 3 representação esquemática da zona de endurecimento resultante do componente a ser endurecido no caso de endurecimento por uma metade de concha do indutor com dois segmentos de indutor.

Figura 4 representação esquemática da zona de endurecimento resultante do componente a ser endurecido no caso de endurecimento por uma metade de concha do indutor com um segmento do indutor;

Figura 5 representação esquemática da zona de endurecimento resultante do componente a ser endurecido no caso de endurecimento pelas duas metades de concha do indutor da figura 3 e figura 4;

Figura 6 representação esquemática da zona de endurecimento resultante do componente a ser endurecido no caso de endurecimento por uma metade de concha do indutor com um segmento indutor;

Figura 7 representação esquemática da zona de endurecimento resultante do componente a ser endurecido no caso de endurecimento por uma metade de concha do indutor com um segmento de indutor proporcionado deslocado em relação ao segmento indutor da figura 6; e

Figura 8 representação esquemática da zona de endurecimento resultante do componente a ser endurecido no caso de endurecimento pelas duas metades de concha do indutor da figura 6 e figura 7. A figura 1 apresenta o dispositivo 1 para endurecer um componente 2 de secção transversal circular. O componente 2 pode ser, por exemplo, uma cambota, para um motor de combustão interna, cujos locais de apoio deverão ser endurecidos por meio do dispositivo 1. O componente 2 não tem necessariamente que ter uma secção transversal circular continua, sendo a secção transversal no local a ser endurecido em qualquer dos casos circular. 0 dispositivo 1 apresenta um invólucro 3, no qual se encontram proporcionadas duas metades de concha 4 e 5 do indutor que se estendem ao longo de parte do perímetro do componente 2. A primeira metade de concha 4 do indutor, proporcionada no presente caso no lado esquerdo do invólucro 3, apresenta um condutor através do qual flui a corrente, o qual é realizado por exemplo em cobre, encontrando-se assinalado como segmento indutor 6. Pelo contrário, a metade de concha 5 do indutor, que no presente caso se encontra no lado direito do invólucro 3 e deslocada por um ângulo específico em relação a primeira metade de concha 4 do indutor ao longo do perímetro do componente 2, apresenta dois segmentos 7 e 8 do indutor, que no caso actual se encontram realizados do mesmo modo em cobre, estendendo-se do mesmo modo ao longo do perímetro do componente 2. As metades de concha 4 e 5 ou os segmentos 6, 7 e 8 do indutor encontram-se munidos com alimentação de corrente e cabos de remoção, que contudo podem ser configurados de um modo conhecido e por isso não são descritos pormenorizadamente. Deverá somente ser mencionado que a metade de concha 4 do indutor apresenta um segmento de retorno 9, que juntamente com o segmento do indutor 6 proporciona um circuito fechado da metade de concha 4 do indutor. No caso da metade de concha 5 do indutor, o circuito fechado é assegurado pelos dois segmentos 7 e 8 do indutor, que se podem estender de um modo convencional.

Na figura 2, as diferentes configurações das duas metades de concha 4 e 5 do indutor podem ser vistas mais claramente. Deste modo, os dois segmentos 7 e 8 do indutor, da metade de concha 5 do indutor, estendem-se a uma distância um do outro e formam um espaço intermédio 10 entre eles. O segmento 6 do indutor, da metade de concha 4 do indutor, encontra-se proporcionado centralmente entre os dois segmentos 7 e 8 do indutor e cobre o espaço intermédio 10. No presente caso, o segmento isolado do indutor 6 encontra-se realizado mais largo do que os dois segmentos 7 e 8 do indutor, por exemplo duas vezes mais largo, dependendo este relacionamento sensivelmente do componente 2 a ser endurecido. Deverá ser mencionado que o segmento 6 do indutor pode também ser realizado mais estreito do que o espaço intermédio 10 e consequentemente não cobrir o mesmo. Em geral, o segmento 6 do indutor deve estar proporcionado centralmente em relação aos dois segmentos 7 e 8 do indutor, e consequentemente centralmente em relação ao espaço intermédio 10.

Para endurecer o componente 2, a corrente é passada através dos segmentos 6, 7 e 8 do indutor, sendo o componente 2 rodado. Se a superfície do componente 2 que deverá ser endurecido for uma superfície de apoio proporcionada excentricamente em relação ao eixo central, por exemplo uma superfície de apoio de uma haste de ligação, o dispositivo 1 tem que executar um movimento correspondente durante esta rotação de modo a mantê-lo a uma distância uniforme do componente 2, a denominada distância de acoplamento. Para este efeito, proporcionado entre as duas metades de concha 4 e 5 do indutor e fora das mesmas, encontram-se neste caso três calços 11 deslizantes, que se encontram em contacto com o componente 2 e deste modo asseguram uma distância de acoplamento constante. Se apropriado, contudo, o movimento acompanhante sem contacto do dispositivo 1 durante o movimento do componente 2 seria também possível. Tendo em conta o fluxo de corrente através dos segmentos 6, 7 e 8 do indutor, os mesmos são aquecidos e levados a aquecer o componente 2 por indução magnética, por exemplo a uma temperatura de 950°C. Assim que o componente 2 tiver alcançado uma temperatura correspondente, é direccionada de preferência uma solução polímera aquosa para o componente 2 por meio dos denominados pulverizadores 12, proporcionando deste modo o arrefecimento do mesmo. Este aquecimento e arrefecimento rápido do componente 2 proporciona o efeito de, de um modo em si conhecido, alterar a microestrutura dentro do componente 2, que é constituída pela zona de endurecimento 13a-13f que se encontra representado nas figuras 3 a 8. Durante este aquecimento do componente 2, uma quantidade definida relativamente precisa de calor é introduzida no mesmo, sendo que é possível após o processo de endurecimento executar a temperagem do componente 2 do calor residual que se encontra ainda no componente 2. Isto tem lugar à temperatura de temperagem especifica do material.

Neste caso, ambos o segmento 6 individual do indutor e os dois segmentos 7 e 8 do indutor encontram-se munidos com placas metálicas 14 que servem para aumentar o campo magnético e consequentemente melhorar a eficiência do dispositivo 1. Para aumentar a profundidade de endurecimento, as placas metálicas 14 e/ou a distância de acoplamento podem ser alteradas.

Na figura 3 encontra-se representada a zona de endurecimento 13a, a qual é obtida se o componente 2 for endurecido por meio da segunda metade de concha 5 do indutor, que apresenta ambos os segmentos 7 e 8 do indutor. Pode claramente ser visto neste caso que a zona de endurecimento 13a não se encontra homogeneamente formada no global e apresenta no centro, quer dizer nesta região em que o espaço intermédio 10 se encontra localizado no caso da metade de concha 5 do indutor, uma depressão ou "denteado". Esta depressão conduz a uma redução na profundidade de endurecimento da zona de endurecimento 13a, a qual é acompanhada pelos problemas descritos acima em relação à qualidade dos componentes 2. Esta forma da zona de endurecimento 13a é geralmente designada como um "osso de cão" e ocorre também no caso de processos de endurecimento de acordo com a técnica anterior, se ambas as metades de concha do indutor apresentarem, cada uma, dois segmentos de indutor. A figura 4 apresenta a zona de endurecimento 13b, que é produzida se o processo de endurecimento for executado somente com a primeira metade de concha 4 do indutor com um segmento 6 do indutor. Neste caso pode ser visto que, embora a zona de endurecimento 13b apresente uma profundidade adequada, a largura da mesma é demasiado pequena para a largura representada da superfície do componente 2 que deverá ser endurecido.

Representada na figura 5 encontra-se a zona de endurecimento 13c, que é obtida se o processo de endurecimento for executado com as duas metades de concha 4 e 5 do indutor descritas em relação às figuras 1 ou 2. Pode deste modo ser vista uma clara sobreposição entre as duas zonas de endurecimento 13a e 13b, conduzindo à zona de endurecimento homogénea 13c sem depressões e com uma extensão sensivelmente plana na região central de acordo com a figura 5 .

Esta zona de endurecimento 13c homogénea permite que o espaçamento lateral da zona de endurecimento 13c do bordo do componente 2 seja utilizado para fechar a profundidade da mesma. Este espaçamento lateral da zona de endurecimento 13c pode ser determinado, por exemplo, por recorte químico, de modo que não é necessária a destruição do componente 2.

As figuras 6, 7 e 8 apresentam zonas de endurecimento adicionais 13b, 13e e 13f, que são obtidas se a segunda metade de concha 5 do indutor do dispositivo 1 apresentar somente um segmento de indutor, por exemplo o segmento 7 de indutor. A zona de endurecimento 13d de acordo com a figura 6 é formada de modo semelhante à zona de endurecimento 13b de acordo com a figura 4, dado que aqui, também, é utilizado somente um segmento indutor, nomeadamente o segmento indutor 6 da primeira metade de concha 4 do indutor. Contudo, este encontra-se proporcionado fora do centro. 0 mesmo aplica-se também à zona de endurecimento 13e de acordo com a figura 7, que se encontra simplesmente deslocada na direcção longitudinal do componente 2 em relação à zona de endurecimento 13d, dado que o segmento 7 do indutor da segunda metade de concha 5 do indutor se encontra deslocado na direcção longitudinal do componente 2 em relação ao segmento 6 do indutor da primeira metade de concha 4 do indutor. A figura 8 apresenta a zona de endurecimento 13f, que é obtida se o componente 2 for endurecido por meio das duas metades de concha 4 e 5 do indutor de acordo com as figuras 6 e 7. Aqui, também, verifica-se que a zona de endurecimento 13f é consideravelmente mais homogénea de que a zona de endurecimento 13a. A deslocação dos dois segmentos 6 e 7 do indutor das metades de concha 4 e 5 do indutor um em relação ao outro permite que a largura da zona de endurecimento 13f seja neste caso determinada.

Um dispositivo 1, em que as metades de concha 4 e 5 do indutor apresentam, cada uma, somente um segmento 6 do indutor, é recomendável em particular se a largura da superfície do componente 2 que deverá ser endurecido for muito pequena, por exemplo, no caso, locais de apoio das cambotas muito estreitos. Em relação a isto, seria também possível não deslocar as duas metades de concha 4 e 5 do indutor mas proporcioná-las congruentemente em relação ao componente 2. A zona de endurecimento resultante seria semelhante às zonas de endurecimento 13d e 13e de acordo com as figuras 6 e 7 e serem apropriadas para superfícies extremamente estreitas a serem endurecidas.

Lisboa, 19 de Dezembro de 2007

Claims

Reivindicações Dispositivo (1) para o endurecimento por indução de componentes (2) os quais apresentam uma secção transversal semicircular, em particular cambotas, com duas metades de concha (4, 5) do indutor proporcionadas ao longo de um troço do perímetro do componente (2) a ser endurecido, caracterizado por pelo menos uma das metades de concha (4, 5) do indutor apresentar simplesmente um segmento (6) do indutor através do qual flui corrente, em que um segmento (9) de retorno da metade de concha (4, 5) do indutor, compreendendo simplesmente um segmento (6) do indutor, se encontra deslocado para trás relativamente à superfície do componente (2) a ser endurecido.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação l, caracterizado por uma das metades de concha (5) do indutor compreender dois segmentos (7, 8) do indutor e que a outra metade de concha (4) do indutor compreender simplesmente um segmento (6) do indutor.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a metade de concha (4) do indutor que compreende o segmento (6) individual do indutor se encontrar proporcionada deslocada na direcção longitudinal do componente (2) em relação à metade de concha (5) do indutor que compreende os dois segmentos (7, 8) do indutor, de modo a que o segmento (6) individual do indutor se encontra localizado centralmente entre os dois segmentos (7, 8) do indutor.
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por se encontrar localizado um espaço intermédio (10) entre os dois segmentos (7, 8) do indutor, em que o segmento (6) individual do indutor se encontra proporcionado centralmente em relação ao referido espaço intermédio (10).
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as duas metades de concha do indutor (4, 5) em qualquer dos casos compreenderem simplesmente um segmento (6, 7) do indutor.
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por as duas metades de concha (4, 5) do indutor se encontrarem proporcionadas deslocadas em relação uma à outra na direcção longitudinal do componente (2) a ser endurecido.
7. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por em qualquer dos casos, calços deslizantes (11) se encontraram proporcionados entre as duas metades de concha (4, 5) do indutor e fora das duas metades de concha (4, 5) do indutor, calços deslizantes que se encontram proporcionados de modo a entrar em contacto com o componente (2) a ser endurecido.
8. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por as metades de concha (4, 5) do indutor se encontrarem concebidas como metades de concha (4, 5) do indutor que funcionam sem contacto. Lisboa, 19 de Dezembro de 2007